Pesquisadores deram um passo importante para enfrentar um dos grandes problemas dos computadores quânticos: os erros que se acumulam durante o cálculo e tornam seus resultados pouco confiáveis. Em um experimento, um processador quântico conseguiu verificar e reiniciar partes de si mesmo enquanto continuava operando. Parece uma tarefa modesta. Não é.
A promessa da computação quântica está nos qubits, unidades que podem assumir combinações de possibilidades até serem medidos, em vez de apenas 0 ou 1, como os bits tradicionais. Essa característica abre caminho para máquinas capazes de lidar com problemas específicos de maneira muito diferente dos computadores atuais, com possíveis aplicações em inteligência artificial, baterias e novos materiais. O problema é que calor, falhas minúsculas no hardware e sinais externos podem alterar o estado dos qubits. A informação fica frágil; o cálculo, idem.
Como o experimento controlou o caos quântico?
O experimento mostrou que um computador quântico pode alternar entre espalhar informação, criando desordem, e verificar os qubits para corrigir o que saiu do lugar. Ao aumentar a frequência dessas verificações e reinicializações, os pesquisadores observaram o sistema passar rapidamente de um comportamento caótico para um estado controlável. A demonstração foi realizada com um dos processadores quânticos mais potentes disponíveis, fabricado pela IBM.
O grupo programou o processador para executar duas tarefas concorrentes. A primeira misturava a informação e distribuía o caos pelo sistema; a segunda examinava os qubits embaralhados e reiniciava aqueles que precisavam de correção. Foram quase 5.000 operações, acompanhadas por aproximadamente 5.000 verificações e reinicializações. Segundo os pesquisadores, trata-se da maior demonstração bem-sucedida desse método até agora.
O resultado também confirmou uma previsão sobre a relação entre ordem e caos na física quântica. Quando a etapa de embaralhamento acontecia em mais da metade do tempo, o sistema permanecia caótico. Quando as verificações ganhavam espaço, surgia uma organização semelhante à necessária para uma computação confiável. A diferença entre os dois regimes não foi gradual e nebulosa: houve uma taxa bem definida de intervenção capaz de mudar o comportamento do processador.
Por que corrigir erros é tão difícil?
Computadores quânticos precisam fazer essas medições sem interromper o restante do processador. Essa é a dificuldade central: não basta medir um qubit uma vez, nem duas, e comemorar como se a máquina tivesse aprendido a se pentear sozinha. As verificações precisam ocorrer repetidamente durante o cálculo, enquanto outras operações continuam acontecendo. Maika Takita, pesquisadora principal da IBM e coautora do estudo, afirmou que o experimento coordenou operações quânticas, medições e reinicializações milhares de vezes em um sistema de grande porte.
A meta é construir um computador quântico tolerante a falhas. Isso não significa eliminar completamente os erros, tarefa que ninguém conseguiu realizar, mas identificá-los e corrigi-los enquanto aparecem. Jebediah Pixley, da Universidade Rutgers e um dos autores seniores do estudo, disse que um computador desse tipo exigirá um número enorme de ciclos de verificação e correção durante cada cálculo. O experimento, para ele, é um marco nesse caminho.
Justin Wilson, professor associado de física da Universidade Estadual da Louisiana e coautor do trabalho, comparou o comportamento observado à ideia clássica de que o bater de asas de uma borboleta pode contribuir, muito depois, para um furacão. Pequenas alterações podem produzir consequências difíceis de prever. A pesquisa indica, porém, que intervenções aleatórias e suficientemente frequentes conseguem conter essa dinâmica — não apagando o caos, mas impedindo que ele domine a máquina.
O estudo, intitulado Order from chaos with adaptive circuits on quantum hardware, foi publicado na revista Nature Physics. Ele não apresenta ainda um computador quântico tolerante a falhas pronto para uso, nem transforma a promessa em produto de prateleira. Mostra algo mais específico e, por isso mesmo, mais interessante: hardware quântico atual já consegue realizar operações, medições e reinicializações em escala suficiente para testar a passagem do caos à ordem. A máquina não deixou de ser delicada. Aprendeu, por alguns milhares de vezes, a perceber quando estava saindo do rumo.
